纳米氧化锆陶瓷材料摩擦磨损情况研究

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1、纳米氧化锆陶瓷材料摩擦磨损情况研究青岛市技师学院王利利近些年，很多#者对纳米氧化锆陶瓷的制备研究比较多，但是对其性能的研究相对较少一些。随着纳米材料的逐渐应用，尤其是医学应用领域，对其性能的耍求越来越高，不仅耍冇良好的力学性能，还要冇好的摩擦磨损性能。木文主要研究润滑条件下，纳米氣化锆陶瓷材料的摩擦磨损情况。摩擦磨损实验川的试件足£）制的3Y-TZP陶瓷块，纳米氧化锆复合粉体，在200Mpa的压力下，十压成型后冉冷等静压成形，在1450°C常压烧结制备。经金刚石切割，精密磨床磨削加工后制成所耑尺寸19X13X11.7。润滑液为10号机汕，对

2、磨环块足经淬火和回火处理而制成的GCrl5钢环，摩擦表面也经过磨削加工丼抛光。与纳米氧化锆陶瓷块对比的试件足氧化铝陶瓷块，含95%的三氧化二铝，尺寸同3Y-TZP陶瓷块。润滑条件下的主要参数为：转速范围360转/分〜840转/分，载荷（试验力）范围100N〜1000N,室温，相对湿度为60%,润滑介质为10号机汕。一、摩擦系数1.载荷对摩擦系数的影响在10机汕润滑条件下，测得的摩擦系数随载荷和转速的变化如陶1所示。润沿条件卜的摩擦系数明显比千劇察吋降低了很多，在0.05〜0.14之间。从阁中，我们可以看出來，随着法14载荷由100N到600

3、N的逐渐增加，纳米Zr02陶瓷材料的摩擦系数成上升趋势。因为加4:试样上载荷增加了，两接触表而之M产生的摩擦力也人了，摩檫系数随着载荷的增加而上升,似是上升趋势越来越缓慢。在較速240r/min的时候，摩擦系数随载前变化不大，比较平穂；但是在840r/min的时候，摩擦系数随着载荷的波动变化比较人，100N至400N之fuj摩擦系数迅速上升，由0.0561迅速上升到0.1121,然P逐步平稳，在0.12附近波动。与K它几种常用的牙科医用材料相比，钛合金、镍铬合金在0.3左右，钻铬合金在0.25左右。A1A陶瓷的摩擦系数在0.45—0.70之

4、间波动。通过对比可见纳米氧化锆陶瓷的摩擦性能要明显好于他几种常用的材料。邀•240r/min360i7min•180r/mm6O0r/min■720r/min■840r/min100.200N300X400N500N600.载荷蘇勸10min60min口360r/min、1OON■600r/min.500NO840r/min、1000N时问阁1润滑摩擦纳米ZrU2«瓷随载荷、转速的摩擦系数变化阁2时W对呼擦系数的影响2.转速对摩擦系数的影响从图1十，可以看出，无论载份足多少，摩擦系数都随转速的增加而下降。分析其原因，在转速低的吋候，试样

5、与摩擦副的接触而磨合比较慢，飢糙度人，从而摩擦力就大，所以呼擦系数大；而转速高的时候，试样与摩擦副的接触而磨合迅速，表側的粗糙度小/，摩擦力就小丫，所以摩擦系数就小。W外，转速增高了，摩擦表面产生了塑性变形，并且逐渐加剧,从而使接触而升温、软化，起到了润滑作用。所以，随着转速的增加，摩擦系数成卜降趋势。1.时间对摩擦系数的影响试样和摩擦副摩擦吋间的长短对摩擦系数也奋一定的影响。如图2所示，从图屮可以看出，随着摩擦时间的加讼，摩擦系数成下降趋势。分析其原因：在摩擦初始阶段，W接触表側不够光游，表則冇A点，产生的摩擦力比较大，所以摩擦系数比较大

6、；但是随着摩擦时间的延长，两接触表面逐渐变得光滑，摩擦力变小了，所以摩擦系数也变小了匕因此，随着摩擦时间的延长，摩擦系数成下降趋势。二、磨损率1.纳米ZrO2陶瓷磨痕变化磨损率是一个衡耐磨性能的通用位，关键是要测出对磨纳米ZrO^^瓷的磨痕宽度和磨痕长度，用表而轮廓籼糙度仪测得结果。载荷越a磨痕越明显，磨痕长度和磨痕宽度越大。但是，总的来说，无论载荷高低，转速大小，纳米ZrO2陶瓷的磨痕变化都很细微，磨损变化也不人。而Al:>0:胸瓷对磨用肉眼观测，即可测得磨痕比纳米ZrO*瓷明显的多。2.纳米Zr02陶瓷磨损率当转速为定伉时，随着载荷的不

7、断增加，纳米ZrO2陶瓷磨损率呈现上升趋势。当载荷为定位时，随着转速的不断增加，纳米ZrO2陶瓷磨损率呈现卜降趋势。当载荷低于500N时，纳米ZrO*瓷磨损率在10'7〜10W/N.级范围内变化，发生了比较轻微的磨损，当载荷高于1000N时，纳米Zr02陶瓷磨损率在产生了塑性变形，磨损加剧。在载荷低于500N时，10号机汕润滑条件下的磨损率一般比纳米ZrO2陶瓷在干序擦时低一个数呈级。因为在10机油润滑吋，硬质磨削被润滑油沖走了，而润滑油对呼擦副表而起到了冷却作用，使摩擦副的表而不会因温度的升高而加剧磨损。十摩擦时的磨损率一般是10号机汕润

8、滑条件下的2〜5倍］。山阉可以看出来，低速吋磨损率较高，商速时磨损率较低，可见纳米ZrO2陶瓷高速时滑动摩擦性能比较好，耐磨性耍优于低速。因为随转速的升高，接触而之间的凸起部分磨